KR20220038145A - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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고지 마에다
아츠시 시마다
가츠시 오이카와
데츠야 미야시타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

성막 장치는, 처리 용기와, 처리 용기 내에서 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 기판 보유 지지부의 상방에 배치된 캐소드 유닛과, 처리 용기 내에 플라스마 생성 가스를 도입하는 가스 도입 기구를 구비한다. 캐소드 유닛은, 타깃과, 타깃에 전력을 공급하는 전원과, 타깃의 이면측에 마련된 마그네트와, 마그네트를 구동하는 마그네트 구동부를 구비하고, 마그네트 구동부는, 마그네트를 타깃을 따라 요동시키는 요동 구동부와, 마그네트를, 요동 구동부에 의한 구동과는 독립적으로, 타깃의 주면에 대하여 수직인 방향으로 구동시키는 수직 구동부를 갖고, 마그네트론 스퍼터에 의해 기판 상에 스퍼터 입자를 퇴적시킨다.

Description

성막 장치 및 성막 방법
본 개시는, 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
금속막을 성막하는 기술의 하나로서, 타깃으로부터의 스퍼터 입자를 기판 상에 퇴적시키는 스퍼터 성막이 사용되고 있다. 특허문헌 1에는, 스퍼터 성막을 행하는 성막 장치로서, 타깃의 이면측에 마그네트를 마련하여, 타깃에 인가된 전압에 의해 생긴 전계 및 마그네트에 의한 자계에 의해 고밀도로 플라스마화해서 스퍼터 성막을 행하는 마그네트론 스퍼터 장치가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 마그네트를 주사하는 기구를 마련하여, 스퍼터 성막 시의 타깃의 에로전을 제어하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2015-86438호 공보
본 개시는, 타깃의 에로전을 효과적으로 제어할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 관한 성막 장치는, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 상기 기판 보유 지지부의 상방에 배치된 캐소드 유닛과, 상기 처리 용기 내에 플라스마 생성 가스를 도입하는 가스 도입 기구를 구비하고, 상기 캐소드 유닛은, 상기 기판에 스퍼터 입자를 방출하기 위한 타깃과, 상기 타깃에 전력을 공급하는 전원과, 상기 타깃의 이면측에 마련되어, 상기 타깃에 누설 자장을 부여하는 마그네트와, 상기 마그네트를 구동하는 마그네트 구동부를 구비하고, 상기 마그네트 구동부는, 상기 마그네트를 상기 타깃을 따라 요동시키는 요동 구동부와, 상기 마그네트를, 상기 요동 구동부에 의한 구동과는 독립적으로, 상기 타깃의 주면에 대하여 수직인 방향으로 구동시키는 수직 구동부를 갖고, 상기 타깃 근방에 마그네트론 플라스마를 형성해서 마그네트론 스퍼터에 의해 상기 기판 상에 상기 스퍼터 입자를 퇴적시킨다.
본 개시에 의하면, 타깃의 에로전을 효과적으로 제어할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법이 제공된다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 성막 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 개략 평면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 마그네트 구동부를 상세하게 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 성막 장치에서의 제어부의 마그네트 구동부를 제어하는 부분을 설명하는 블록도이다.
도 5는 타깃 라이프(전력 적산량)와 방전이 실활하는 Ar 유량의 관계를, 다양한 캐소드 마그네트와 타깃 전극의 거리에 있어서 구한 결과를 도시하는 도면이다.
도 6은 특허문헌 1의 캐소드 마그네트를 요동시키는 장치에서의, 초기 타깃과 에로전 진행 시의 타깃의 누설 자장 강도를 설명하는 도면이다.
도 7은 특허문헌 1의 캐소드 마그네트를 요동시키는 장치에서 캐소드 마그네트의 요동 높이 위치를 변화시킨 경우에 있어서의, 초기 타깃과 에로전 진행 시의 타깃의 누설 자장 강도를 설명하는 도면이다.
도 8은 제1 실시 형태의 장치에서의, 초기 타깃과 에로전 진행 시의 타깃의 누설 자장 강도를 설명하는 도면이다.
도 9는 종래의 플라스마 착화 시에 있어서의 캐소드 마그네트의 X 방향 위치를 도시하는 개략 평면도이다.
도 10은 방전 전압과 캐소드 마그네트의 X 방향 위치의 관계를 도시하는 도면이다.
도 11은 제1 실시 형태의 플라스마 착화 시에 있어서의 캐소드 마그네트의 X 방향 위치를 도시하는 개략 평면도이다.
도 12는 플라스마 착화 시의 마그네트의 위치가 좌측 단부와 중앙부인 경우의 착화 상태를 도시하는 도면이며, (a)는 Ar 가스 유량을 200sccm으로 한 경우, (b)는 Ar 가스 유량을 11.5sccm으로 한 저유량(저압)의 경우이다.
도 13은 캐소드 마그네트의 플라스마 착화 시의 X 방향 위치가 타깃의 한쪽 단부인 경우에 있어서의, 착화 후에 캐소드 마그네트가 이동하는 방향을 도시하는 도면이다.
도 14는 캐소드 마그네트의 플라스마 착화 시의 X 방향 위치가 타깃의 중앙부인 경우에 있어서의, 착화 후에 캐소드 마그네트가 이동하는 방향을 도시하는 도면이다.
도 15는 제2 실시 형태에 따른 성막 장치의 개략 평면도이다.
도 16은 제2 실시 형태에 따른 성막 장치의 마그네트 구동부를 상세하게 설명하기 위한 단면도이다.
도 17은 종래의 성막 장치의 마그네트 구동부에 의한 캐소드 마그네트의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 17의 마그네트 구동부에서 캐소드 마그네트를 이동시킨 경우의 타깃의 에로전 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 제2 실시 형태에서의 캐소드 마그네트의 구체적인 주사 양태의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 20은 도 19와 같이 캐소드 마그네트를 주사시킨 경우의 타깃의 에로전 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 제2 실시 형태에서의 캐소드 마그네트의 구체적인 주사 양태의 다른 예를 도시하는 모식도이다.
도 22는 도 21과 같이 캐소드 마그네트를 주사시킨 경우의 타깃의 에로전 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 제3 실시 형태에 따른 성막 장치의 마그네트 구동부를 상세하게 설명하기 위한 단면도이다.
도 24는 제3 실시 형태에서의 캐소드 마그네트의 구체적인 주사 양태의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 25는 도 24와 같이 캐소드 마그네트를 주사시킨 경우의 타깃의 에로전 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1은 제1 실시 형태에 따른 성막 장치를 도시하는 단면도, 도 2는 그 개략 평면도이다. 본 실시 형태의 성막 장치(1)는, 기판(W) 상에 스퍼터에 의해 금속, 합금 또는 화합물의 막을 성막하는 것이다. 기판(W)은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 Si 등의 반도체 기체를 갖는 반도체 웨이퍼를 들 수 있다.
성막 장치(1)는, 처리 용기(10)와, 기판 보유 지지부(20)와, 캐소드 유닛(30)과, 가스 공급부(40)와, 셔터(50)와, 제어부(60)를 구비한다.
처리 용기(10)는 예를 들어 알루미늄제이며, 기판(W)의 처리를 행하는 처리실을 구획 형성한다. 처리 용기(10)는 접지 전위에 접속되어 있다. 처리 용기(10)는, 상부가 개구된 용기 본체(10a)와, 용기 본체(10a)의 상부 개구를 막도록 마련된 덮개(10b)를 갖는다. 덮개(10b)는, 대략 원뿔대 형상을 이루고 있다.
처리 용기(10)의 저부에는 배기구(11)가 형성되고, 배기구(11)에는 배기 장치(12)가 접속되어 있다. 배기 장치(12)는, 압력 제어 밸브 및 진공 펌프를 포함하고 있어, 배기 장치(12)에 의해, 처리 용기(10) 내가 소정의 진공도까지 진공 배기되도록 되어 있다.
처리 용기(10)의 측벽에는, 인접하는 반송실(도시하지 않음)과의 사이에서 기판(W)을 반입출하기 위한 반입출구(13)가 형성되어 있다. 반입출구(13)는 게이트 밸브(14)에 의해 개폐된다.
기판 보유 지지부(20)는, 대략 원판상을 이루고, 처리 용기(10) 내의 저부 근방에 마련되어, 기판(W)을 수평하게 보유 지지하도록 되어 있다. 기판 보유 지지부(20)는, 베이스부(21) 및 정전 척(22)을 갖는다. 베이스부(21)는 예를 들어 알루미늄으로 이루어진다. 정전 척(22)은 유전체로 이루어지고, 내부에 전극(23)이 마련되어 있다. 전극(23)에는, 직류 전원(도시하지 않음)으로부터 직류 전압이 인가되어, 이에 의한 정전기력에 의해 기판(W)이 정전 척(22)의 표면에 정전 흡착된다.
또한, 기판 보유 지지부(20)의 내부에는 온도 조절 기구(도시하지 않음)가 마련되어 있어도 된다. 온도 조절 기구로서는, 예를 들어 기판 보유 지지부(20)에 온도 조절 매체를 통류하는 기구나 히터를 사용할 수 있다.
기판 보유 지지부(20)는, 지지축(26)을 통해서 처리 용기(10)의 하방에 마련된 구동 장치(25)에 접속되어 있다. 지지축(26)은, 구동 장치(25)로부터 처리 용기(10)의 저벽을 관통해서 연장되어, 그 선단이 기판 보유 지지부(20)의 저면 중앙에 접속되어 있다. 구동 장치(25)는, 지지축(26)을 통해서 기판 보유 지지부(20)를 회전 및 승강하도록 구성되어 있다. 지지축(26)과 처리 용기(10)의 저벽 사이는, 밀봉 부재(28)에 의해 밀봉되어 있다. 밀봉 부재(28)를 마련함으로써, 처리 용기(10) 내를 진공 상태로 유지한 채 지지축(26)이 회전 및 승강 동작하는 것이 가능하게 된다. 밀봉 부재(28)로서, 예를 들어 자성 유체 시일을 들 수 있다.
캐소드 유닛(30)은, 처리 용기(10)의 덮개(10b)의 경사면에 마련된다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 예에서는, 4개의 캐소드 유닛(30)이 동일한 높이 위치에 등간격으로 마련되어 있다. 캐소드 유닛의 수는 이에 한정하지 않고, 1개 이상의 임의의 개수이면 된다. 캐소드 유닛(30)은, 타깃(31)과, 타깃(31)을 보유 지지하는 타깃 전극(32)과, 타깃 전극(32)을 통해서 타깃에 전력을 공급하는 전원(33)을 갖는다.
타깃(31)은, 퇴적하고자 하는 막을 구성하는 금속, 합금, 또는 화합물로 이루어지고, 평면 형상이 직사각 형상을 이룬다. 타깃(31)을 구성하는 재료는, 성막하고자 하는 막에 따라 적절히 선택되며, 예를 들어 CoFeB나 NiFe 등의 자성 재료나, Cu 등의 비자성 재료를 들 수 있다. 또한, 도전성 재료에 한하지 않고 절연성 재료이어도 된다. 4개의 타깃(31)은, 다른 재료로 구성되어 있어도 되고, 동일한 재료로 구성되어 있어도 된다. 후술하는 바와 같이, 타깃(31)에 전압이 인가됨으로써 스퍼터 입자가 방출된다. 성막 시에는, 1 또는 2 이상의 타깃(31)에 전압을 인가해서 스퍼터 입자를 방출시킬 수 있다.
타깃 전극(32)은, 처리 용기(10)의 덮개(10b)의 경사면에 형성된 구멍부(10c)의 내측에 절연성 부재(34)를 개재해서 설치되어 있다. 전원(33)은 직류 전원이며, 타깃 전극(32)에 부의 직류 전압을 인가한다. 타깃 전극(32)은 캐소드로서 기능한다. 또한, 전원(33)은 교류 전원이어도 된다. 타깃(31)이 절연 재료인 경우에는 교류 전원이 사용된다.
타깃(31)의 외주에는, 실드 부재(37)가 마련되어 있다. 실드 부재(37)는, 타깃으로부터 방출된 스퍼터 입자가 처리 용기(10)의 벽부나 타깃 전극(32) 등의 타깃 이면측으로 돌아 들어가는 것을 방지하는 기능을 갖고 있다. 또한, 타깃(31)으로부터 방출되는 스퍼터 입자의 방출 방향을 규제하는 기능도 갖는다.
타깃 전극(32)의 이면측(외측)에는, 캐소드 마그네트(마그네트)(35)가 마련되어 있다. 캐소드 마그네트(35)는, 타깃(31)에 누설 자장을 부여하여, 마그네트론 스퍼터를 행하기 위한 것이다. 캐소드 마그네트(35)는, 처리 용기(10)의 외측에 마련되어, 마그네트 구동부(36)에 의해 구동되도록 구성되어 있다.
도 3은 마그네트 구동부(36)를 상세하게 설명하기 위한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 마그네트 구동부(36)는, 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)의 긴 변 방향(X 방향)을 따라 요동시키는 요동 구동부(70)와, 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)의 주면에 대하여 수직인 방향(Z 방향)으로 구동시키는 수직 구동부(80)를 갖는다. 수직 구동부(80)는, 요동 구동부(70)와는 독립적으로 캐소드 마그네트(35)를 Z 방향으로 구동시킨다. 이에 의해, 캐소드 마그네트(35)는, 타깃(31)의 긴 변 방향을 따른 X 방향으로 요동함과 함께, 그것과는 독립적으로 타깃(31)의 주면에 대하여 수직 방향인 Z 방향으로 이동할 수 있도록 구성된다. 즉, 캐소드 마그네트(35)는 3차원 주사할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 요동 구동부(70) 및 수직 구동부(80) 모두 볼 나사 기구를 사용한 예를 나타낸다. 요동 구동부(70)는, X 방향으로 연장되는 X 방향 볼 나사(도시하지 않음)를 내장하는 X 방향 볼 나사 기구부(71)와, X 방향 볼 나사를 회전시키는 모터(72)와, X 방향 볼 나사 기구부(71)를 따라 연장되는 가이드 부재(73)를 갖는다. 또한, 요동 구동부(70)는, 또한 X 방향 볼 나사에 나사 결합되어, 가이드 부재(73)에 가이드되어서 X 방향으로 이동하는 X 방향 이동 부재(74)를 갖는다. 캐소드 마그네트(35)는, X 방향 이동 부재(74)에 지지되어 있어, 모터(72)로 X 방향 볼 나사 기구부(71)의 X 방향 볼 나사를 회전시킴으로써 X 방향 이동 부재(74)와 함께 캐소드 마그네트(35)가 가이드 부재(73)를 따라 X 방향으로 구동된다. 한편, 수직 구동부(80)는, Z 방향으로 연장되는 Z 방향 볼 나사(도시하지 않음)를 내장하는 Z 방향 볼 나사 기구부(81)와, Z 방향 볼 나사를 회전시키는 모터(82)와, Z 방향 볼 나사 기구부(81)를 따라 신장되는 가이드 부재(83)와, Z 방향 볼 나사에 나사 결합되는 Z 방향 이동 부재(도시하지 않음)를 갖고 있다. Z 방향 이동 부재는, 가이드 부재(83)에 가이드되도록 구성되어 있다. X 방향 볼 나사 기구부(71)는, Z 방향 이동 부재에 지지되어 있어, 모터(82)로 Z 방향 볼 나사 기구부(81)의 Z 방향 볼 나사를 회전시킴으로써 X 방향 볼 나사 기구부(71)가 Z 방향 이동 부재와 함께 가이드 부재(83)를 따라 Z 방향으로 구동된다. 이에 의해, X 방향 볼 나사 기구부(71)와 함께 캐소드 마그네트(35)가 Z 방향으로 구동된다.
또한, 요동 구동부(70) 및 수직 구동부(80)의 구동 기구는, 상기 볼 나사 기구에 제한되지 않는다. 요동 구동부(70)가 X 방향으로 연장되고, 캐소드 마그네트(35)를 X 방향 이동시키는 제1 이동부를 갖고, 수직 구동부(80)가 제1 이동부를 Z 방향으로 이동시키는 제2 이동부를 갖는 구성이라면, 다른 구동 기구를 사용할 수 있다. 상기 볼 나사 기구의 경우에는, X 방향 볼 나사 기구부(71)가 제1 이동부를 구성하고, Z 방향 볼 나사 기구부(81)가 제2 이동부를 구성한다.
도 1로 돌아가서, 가스 공급부(40)는, 가스 공급원(41)과, 가스 공급원(41)으로부터 연장되는 가스 공급 배관(42)과, 가스 공급 배관(42)에 마련된 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(43)와, 가스 도입 부재(44)를 갖고 있다. 가스 공급원(41)으로부터는, 처리 용기(10) 내에서 여기되는 플라스마 생성 가스로서 불활성 가스, 예를 들어 Ar, Ne, Kr 등의 희가스(도 1은 Ar 가스의 예를 나타냄)가, 가스 공급 배관(42) 및 가스 도입 부재(44)를 통해서 처리 용기(10) 내에 공급된다.
처리 용기(10) 내에 공급된 가스는, 전원(33)으로부터 타깃 전극(32)을 통해서 타깃(31)에 전압이 인가됨으로써 여기된다. 이때, 캐소드 마그네트(35)의 누설 자장이 타깃(31)의 주위에 미침으로써, 타깃(31)의 주위에 집중적으로 마그네트론 플라스마가 형성된다. 이 상태에서 플라스마 중의 양이온이 타깃(31)에 충돌하여, 타깃(31)으로부터 그 구성 원소가 스퍼터 입자로서 방출되고, 마그네트론 스퍼터에 의해 스퍼터 입자가 기판(W) 상에 퇴적된다.
셔터(50)는, 성막에 사용하고 있지 않은 타깃(31)을 차폐하는 기능을 갖는다. 셔터(50)는, 처리 용기(10)의 덮개부(10b)를 따른 원뿔대 형상을 이루고, 4개의 타깃(31)의 투영 영역을 커버하는 크기를 갖고, 타깃(31)보다도 약간 큰 사이즈의 개구부(51)가 형성되어 있다. 그리고, 성막에 사용되는 타깃(31)에 개구부(51)가 대응하고, 다른 타깃(31)은 셔터(50)에 의해 차폐된다. 셔터(50)는, 처리 용기(10)의 천장부의 중심에 마련된 회전축(52)을 통해서 회전 가능하게 설치되어 있다. 회전축(52)은, 처리 용기(10)의 상방에 마련된 회전 기구(53)에 접속되어 있고, 셔터(50)는 회전 기구(53)에 의해 회전된다.
제어부(60)는 컴퓨터로 이루어지며, 성막 장치(1)의 각 구성부, 예를 들어 전원(33), 배기 장치(12), 마그네트 구동부(36), 가스 공급부(40), 회전 기구(53) 등을 제어하는, CPU로 이루어지는 주제어부를 갖는다. 또한, 그 밖에, 키보드나 마우스 등의 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치, 기억 장치를 갖는다. 제어부(60)의 주제어부는, 기억 장치에 처리 레시피가 기억된 기억 매체를 세트함으로써, 기억 매체로부터 호출된 처리 레시피에 기초하여 성막 장치(1)에 소정의 동작을 실행시킨다. 특히, 본 실시 형태에서는, 제어부(60)는, 캐소드 마그네트(35)를 구동하는 마그네트 구동부(36)의 동작 제어에 특징이 있다.
구체적으로는, 제어부(60)는, 예를 들어 도 4에 도시하는 바와 같이, 마그네트 데이터 기억부(91)와, 마그네트 구동 컨트롤러(92)와, 방전 전압 등의 방전 파라미터를 검출하는 센서(93)를 갖고 있다. 마그네트 데이터 기억부(91)에는, 예를 들어 타깃 에로전에 기초하는 타깃 형상에 따른 캐소드 마그네트(35)의 누설 자장 강도 등이 기억되어 있다. 그리고, 마그네트 데이터 기억부(91)에 미리 기억된 데이터에 기초하여, 마그네트 구동 컨트롤러(92)가 마그네트 구동부(36)에 의한 캐소드 마그네트(35)의 구동(수직 구동부(80)에 의한 구동)을 제어하도록 할 수 있다. 또한, 센서(93)에 의해 실시간으로 방전 파라미터를 감시하여, 방전 파라미터가 일정하게 유지되도록 마그네트 구동 컨트롤러(92)가 마그네트 구동부(36)에 의한 캐소드 마그네트(35)의 구동(수직 구동부(80)에 의한 구동)을 제어하도록 할 수도 있다.
또한, 마그네트 구동 컨트롤러(92)는, 요동 구동부(70)에 의한 플라스마 착화 시의 캐소드 마그네트(35)의 위치, 및 플라스마 착화 후의 요동 구동부(70)에 의한 캐소드 마그네트(35)의 이동 방향을 제어할 수도 있다.
이어서, 이상과 같이 구성되는 성막 장치의 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 게이트 밸브(14)를 열고, 처리 용기(10)에 인접하는 반송실(도시하지 않음)로부터, 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 기판(W)을 처리 용기(10) 내에 반입하여, 기판 보유 지지부(20)에 보유 지지시킨다.
그리고, 처리 용기(10) 내를 진공화함과 함께, 처리 용기(10) 내를 미리 정해진 압력으로 제어한다. 이어서, 미리 셔터(50)에 의해, 사용하는 타깃(31)을 차폐해서 방전시켜서 타깃의 표면을 청정화시킨다. 그 후, 셔터(50)에 의해 사용하지 않는 타깃(31)을 차폐하고, 사용하는 타깃(31)에 개구부(51)를 대응시킨 상태에서 성막 처리를 개시한다.
가스 공급부(40)로부터 처리 용기(10) 내에 불활성 가스, 예를 들어 Ar 가스를 도입한다. 이어서, 전원(33)으로부터 타깃 전극(32)을 통해서 타깃(31)에 전압을 인가해서 Ar 가스를 여기시킨다. 이때 캐소드 마그네트(35)의 누설 자장이 타깃의 주위에 미침으로써, 플라스마가 타깃(31)의 주위에 집중된 상태의 마그네트론 플라스마가 형성된다. 이 상태에서 플라스마 중의 양이온이 타깃(31)에 충돌하여, 타깃(31)으로부터 그 구성 원소가 스퍼터 입자로서 방출되고, 마그네트론 스퍼터에 의해 스퍼터 입자가 기판(W) 상에 퇴적된다.
이러한 마그네트론 스퍼터 성막에 있어서는, 타깃을 장기에 걸쳐서 사용함으로써 타깃 에로전이 진행된다. 타깃 에로전이 진행되면, 결국 타깃은 라이프 엔드에 이른다. 누설 자장의 변동 등에 의해, 타깃 에로전의 진행에는 치우침이 생기기 때문에, 종래부터, 그에 수반하여 라이프 엔드에 이르기까지의 동안의 성막 성능(성막 속도, 분포)의 변동이나 착화 성능의 불안정성이 생기는 것이 과제로 되어 왔다. 특히, 막의 평탄성이나 막질이 요구되는 용도에서는 초고진공 하(0.02Pa 이하)에서 저압 스퍼터가 행하여지는데, 저압 스퍼터에서는 성막 성능이나 착화 성능의 변동이 현저하다. 또한, 타깃 에로전의 진행의 치우침에 의해, 타깃의 이용률이 충분하지 않아 타깃 라이프 엔드가 짧아지는 점도 과제이다. 이 때문에, 타깃 바로 위의 누설 자장 변동을 적게 하여, 타깃이 급준한 에로전에 이르지 않고 타깃 전체면을 균등하게 스퍼터하는 기술이 요구된다.
이러한 관점에서, 특허문헌 1에서는, 타깃으로서 면적이 큰 직사각 형상의 것을 사용함과 함께, 캐소드 마그네트를 타깃을 따라 연속적으로 요동시키고 있다.
그러나, 캐소드 마그네트의 요동만으로는, 캐소드 마그네트의 자기 회로에 기초하여, 타깃에 급준한 에로전이 형성된다. 이 때문에, 착화·방전의 불안정성이나 성막 속도의 변동이 생겨버린다. 이러한 경향은, 특히 타깃이 자성 재료일 경우에 현저하다.
실제로, 타깃 재료로서 자성 재료인 CoFe30B를 사용하여, 방전 안정성을 평가하였다. 여기에서는, 타깃 라이프(전력 적산량)와 방전이 실활하는 Ar 유량의 관계를, 다양한 캐소드 마그네트와 타깃 전극의 거리에 있어서 구하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다. 여기에서는, 타깃의 두께: 5mm, 공급 파워: 500W로 하였다.
도 5에 도시한 바와 같이, 타깃 라이프(전력 적산량)가 증가하여, 타깃 에로전이 진행되면, 캐소드 마그네트와 타깃 전극의 거리가 동일하면, 방전이 실활하는 Ar 가스 유량이 증가해 나가는 것을 알 수 있다. 또한, 타깃 라이프가 증가했을 때 저유량(저압) 하에서 안정 방전시키기 위해서는, 캐소드 마그네트와 타깃 전극의 거리를 증가시킬 필요가 있는 것을 알 수 있다.
즉, 특허문헌 1의 장치에서는, 타깃의 에로전이 진행되어 가면, 방전 안정성을 확보하기 위해서, 예를 들어 캐소드 마그네트와 타깃 전극의 거리를 바꾸어, 캐소드 마그네트의 누설 자장의 강도를 조정하는 대책이 필요해진다.
특허문헌 1의 장치에서는, 심 조정 등에 의해 캐소드 마그네트의 요동 높이 위치 자체를 변화시킬 수 있다. 그러나, 이에 의해, 누설 자장의 강도 자체는 조정할 수 있지만, 캐소드 마그네트는 동일한 높이에서 요동할 뿐이다. 이 때문에, 타깃 에로전의 형상을 변화시킬 수는 없고, 성막 성능 변동을 회피하는 것, 및 타깃의 이용률을 향상시켜서 타깃 라이프 엔드를 연장시키는 것은 곤란하다.
이때의 구체예를 도 6, 도 7에 기초하여 설명한다.
특허문헌 1의 캐소드 마그네트를 요동시키는 장치에 있어서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 에로전이 진행되고 있지 않은 초기의 타깃에서는, 누설 자장을 요동시킴으로써 타깃에 대하여 균일한 자장 강도가 부여된다. 그러나, 에로전이 진행되어 가면, 캐소드 마그네트의 자기 회로에 기초하여, 예를 들어 타깃의 중앙의 에로전이 큰 급준한 에로전 형상이 형성된다. 이 때문에 타깃 라이프가 짧아짐과 함께, 국소적으로 누설 자장 강도가 증대하여, 착화의 불안정성을 유발한다.
한편, 심 조정 등에 의해 캐소드 마그네트의 요동 높이 위치를 바꿈으로써, 도 7에 도시하는 바와 같이, 에로전 진행 시의 누설 자장의 강도 자체를 조정할 수는 있다. 그러나, 캐소드 마그네트가 요동하는 높이는 동일하고, 누설 자장의 강도가 전체적으로 변화하는 것만으로, 급준한 에로전 형상은 크게 변화하지 않는다.
이에 반해, 본 실시 형태에서는, 마그네트 구동부(36)의 요동 구동부(70)에 의해 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)의 주면을 따른 X 방향으로 요동함과 함께, 그것과는 독립적으로 타깃(31)의 주면에 대하여 수직 방향인 Z 방향으로 이동할 수 있다. 이 때문에, 캐소드 마그네트(35)를 임의로 3차원 주사할 수 있다. 따라서, 마그네트 구동부(36)의 요동 구동부(70)에 의해 캐소드 마그네트(35)를 X 방향으로 요동할 때, 수직 구동부(80)에 의해 캐소드 마그네트(35)를 Z 방향으로 이동시켜서 타깃(31) 바로 위의 누설 자장 강도를 제어할 수 있다.
구체적으로는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 수직 구동부(80)에 의해 타깃(31)의 에로전이 큰 부분(중앙 부분)에서는 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)으로부터 멀리 떨어지게 하고, 에로전이 작은 부분(단부)에서는 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)에 접근시키도록 제어한다.
이때의 캐소드 마그네트(35)의 구동 제어로서는, 이하의 (1), (2)가 예시된다.
(1) 미리 타깃(31)의 에로전 패턴을 해석하여, 그때의 타깃 형상에 따른 누설 자장 강도를 시뮬레이션에 의해 구해 두고, 그 데이터를 사용해서 수직 구동부(80)를 제어한다. 이 경우, 시뮬레이션에 의해 구한 타깃 형상에 따른 누설 자장 강도 데이터를 마그네트 데이터 기억부(91)에 기억해 두고, 그 데이터에 기초하여 마그네트 구동 컨트롤러(92)가 수직 구동부(80)를 제어한다.
(2) 방전 전압 등의 방전 파라미터를 실시간으로 감시하여, 그 방전 파라미터가 일정하게 유지되도록 수직 구동부(80)를 제어한다. 이 경우, 센서(93)에 의해 방전 파라미터를 실시간으로 감시하고, 센서(93)의 검출에 기초하여 마그네트 구동 컨트롤러(92)에 의해 수직 구동부(80)를 피드백 제어한다.
이상과 같이, 마그네트 구동부(36)의 수직 구동부(80)의 제어에 의해 타깃(31) 바로 위의 누설 자장 강도를 제어함으로써, 타깃 전체면의 에로전 형상의 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 방전 안정성, 그리고 성막 속도 및 성막 분포의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 타깃 에로전이 균일하게 진행됨으로써, 타깃 이용률이 향상되어 타깃 라이프 엔드를 연장시키는 것이 가능하게 되어, 하나의 타깃에 의한 생산 가능 매수를 증대시켜서 생산성을 높일 수 있다.
이어서, 마그네트 구동부(36)의 타깃(31)의 길이 방향(X 방향)을 따라 요동할 때의 제어에 대해서 설명한다. 마그네트 구동부(36)에 있어서, 플라스마 착화 시의 캐소드 마그네트(35)의 X 방향 위치를 제어함으로써, 방전 안정성이나 타깃 이용률을 보다 높이는 것이 가능하게 된다.
캐소드 마그네트(35)를 X 방향으로 요동할 때, 종래는, 그 초기 위치를, 항상 타깃(31)(타깃 전극(32))의 한쪽 단부, 예를 들어 도 9에 도시하는 바와 같이 좌측 단부로 하는 것이 일반적이며, 캐소드 마그네트(35)를 그 초기 위치로 한 상태에서 플라스마를 착화하고 있다.
그러나, 타깃 단부는, 플라스마의 착화 시의 캐소드 마그네트의 위치로서는 적합하지 않은 것으로 판명되었다. 이것은, 타깃 단부에는, 비에로전부가 존재하고, 또한 주변 부품의 영향이 있기 때문에, 타깃 중앙 부분의 에로전부에 비하여, 캐소드 마그네트로부터의 누설 자장 강도가 작기 때문이라고 생각된다.
도 10은, 방전 전압과 캐소드 마그네트의 X 방향 위치의 관계를 도시하는 도면이다. 캐소드 마그네트 위치는 0mm가 좌측 단부, 50mm가 중앙, 100mm가 우측 단부이다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 캐소드 마그네트(35)가 좌측 단부에 위치하고 있을 때 방전 전압의 급격한 저하가 나타난다. 이 방전 전압의 저하는, 플라스마의 실화 또는 실화 직전인 것을 나타내고 있다. 이것은, 캐소드 마그네트(35)가 타깃 단부에 존재하고 있으면 플라스마 착화에 불리한 것을 나타내고 있다.
따라서, 캐소드 마그네트(35)의 플라스마 착화 시의 X 방향 위치가, 도 11에 도시한 바와 같이, 타깃(31)의 X 방향 중앙부로 되도록, 마그네트 구동부(36)의 요동 구동부(70)를 제어하는 것이 바람직하다. 특히, 막의 평탄성이나 막질이 요구되는 용도에서는 초고진공 하(0.02Pa 이하)에서 저압 스퍼터가 행하여지는 경우에는, 플라스마 착화하기 어렵기 때문에, 이러한 캐소드 마그네트의 X 방향 위치 제어가 유효하다.
이어서, 이것을 검증한 결과에 대해서 설명한다.
도 12는, 플라스마 착화 시의 마그네트의 위치가 좌측 단부와 중앙부인 경우의 착화 상태를 도시하는 도면이며, (a)는 Ar 가스 유량을 200sccm으로 한 경우, (b)는 Ar 가스 유량을 11.5sccm으로 한 저유량(저압)의 경우이다. 도면 중 ○는 통상적으로 착화한 경우를 나타내고, R은 착화 리트라이인 경우를 나타낸다. (a)에 도시하는 바와 같이, Ar 가스 유량이 200sccm이면, 캐소드 마그네트의 위치에 관계 없이 통상적으로 착화하였다. 한편, (b)에 도시하는 바와 같이, Ar 가스 유량이 11.5sccm으로 저유량(저압)화한 경우에는, 캐소드 마그네트의 위치가 좌측 단부에서는 모두 착화 리트라이로 되어 착화가 불안정했던 것에 반해, 캐소드 마그네트가 중앙부인 경우에는 착화가 안정되어 있었다.
또한, 캐소드 마그네트(35)의 플라스마 착화 시의 X 방향 위치가 종래와 같이 타깃의 한쪽 단부인 경우, 도 13에 도시하는 바와 같이, 착화 후에 캐소드 마그네트(35)가 이동하는 방향은 동일 방향(A 방향)으로 한정되기 때문에, 방전 시간(성막 시간)에 의해 타깃 좌우의 에로전이 불균일해지는 경향이 있다. 이 때문에, 타깃의 이용률이 낮아지는 경우가 있다.
이에 대해서는, 상술한 바와 같이, 플라스마 착화 시의 캐소드 마그네트(35)의 X 방향 위치를 타깃 중앙부로 한 뒤에, 도 14에 도시하는 바와 같이, 착화 후에 캐소드 마그네트(35)가 이동하는 방향을, 하나의 기판에서는 한쪽 방향(A 방향)으로, 다음 기판에서는 반대 방향(B 방향)으로 교대로 바뀌도록 마그네트 구동부(36)의 요동 구동부(70)를 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 하나의 로트 기판에 대해서는 한쪽 방향(A 방향)이고, 다음 로트의 기판에 대해서는 반대 방향(B 방향)으로 로트마다 교대로 바뀌도록 요동 구동부(70)를 제어해도 된다. 나아가, 몇매의 기판마다 방향을 바꾸도록 제어해도 된다. 이에 의해, 타깃(31)의 에로전이 보다 균일해져서, 타깃의 이용률을 높이는 것이 가능하게 된다.
<제2 실시 형태>
이어서, 제2 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 15는, 제2 실시 형태에 따른 성막 장치의 개략 평면도이며, 도 16은, 제2 실시 형태에 따른 성막 장치의 마그네트 구동부를 상세하게 설명하기 위한 단면도이다.
제2 실시 형태에 따른 성막 장치의 기본 구성은, 제1 실시 형태에 따른 성막 장치와 거의 동일하지만, 제1 실시 형태의 마그네트 구동부(36) 대신에 마그네트 구동부(136)를 마련한 점이 제1 실시 형태와는 다르다.
또한, 도 15에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 캐소드 마그네트(35)의 길이가, 타깃(31)의 짧은 변보다도 짧아, 캐소드 마그네트(35)가 타깃의 긴 변 방향뿐만 아니라, 짧은 변 방향으로도 이동 가능하게 되어 있다.
본 실시 형태의 마그네트 구동부(136)는, 캐소드 마그네트(35)를, 타깃(31)의 긴 변 방향 및 짧은 변 방향을 따라 평면적으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트 구동부(136)는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)의 긴 변 방향(X 방향)을 따라 요동시키는 요동 구동부(70)를 갖고 있다. 또한, 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)의 짧은 변 방향(Y 방향)을 따라 구동시키는 짧은 변 방향 구동부(110)를 갖고 있다. 또한, 마그네트 구동부(136)는, 제1 실시 형태의 마그네트 구동부(36)가 구비하고 있는 수직 구동부(80)를 갖고 있지 않다.
짧은 변 방향 구동부(110)는, Y 방향으로 연장되는 Y 방향 볼 나사(도시하지 않음)를 내장하는 Y 방향 볼 나사 기구부(111)와, Y 방향 볼 나사를 회전시키는 모터(112)와, Y 방향 볼 나사 기구부(111)를 따라 연장되는 가이드 부재(113)를 갖는다. Y 방향 볼 나사 기구부(111)는, 요동 구동부(70)의 X 방향 이동 부재(74)에 지지되어 있다. 또한, 짧은 변 방향 구동부(110)는, 또한 Y 방향 볼 나사에 나사 결합되어, 가이드 부재(113)에 가이드되어서 Y 방향으로 이동하는 Y 방향 이동 부재(114)를 갖는다. Y 방향 이동 부재(114)에는 캐소드 마그네트(35)가 지지되어 있어, 모터(112)로 Y 방향 볼 나사 기구(111)의 Y 방향 볼 나사를 회전시킴으로써, Y 방향 이동 부재(114)와 함께 캐소드 마그네트(35)가 가이드 부재(113)를 따라 Y 방향으로 구동된다. 따라서, 요동 구동부(70)와 짧은 변 방향 구동부(110)에 의해, 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)의 XY 평면 내에서 자유롭게 이동하는 것이 가능하게 된다.
또한, 요동 구동부(70) 및 짧은 변 방향 구동부(110)의 구동 기구는, 상기 볼 나사 기구에 제한되지 않는다. 요동 구동부(70)가, X 방향으로 연장되어, 캐소드 마그네트(35)를 X 방향 이동시키는 제1 이동부를 갖고, 짧은 변 방향 구동부(110)가, 캐소드 마그네트(35)를 Y 방향으로 이동시키는 제2 이동부를 갖는 구성이라면, 다른 구동 기구를 사용할 수 있다. 상기 볼 나사 기구의 경우에는, X 방향 볼 나사 기구부(71)가 제1 이동부를 구성하고, Y 방향 볼 나사 기구부(111)가 제2 이동부를 구성한다.
본 실시 형태에서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 처리 용기(10) 내를 미리 정해진 압력으로 제어하고, 셔터(50)에 의해 사용하지 않는 타깃(31)을 차폐하고, 사용하는 타깃(31)에 개구부(51)를 대응시킨 상태에서 성막 처리를 개시한다. 성막 처리에서는, 처리 용기(10) 내에 불활성 가스, 예를 들어 Ar 가스를 도입하고, 이어서 전원(33)으로부터 타깃 전극(32)을 통해서 타깃(31)에 전압을 인가하여 Ar 가스를 여기시킨다. 이때 캐소드 마그네트(35)의 누설 자장이 타깃의 주위에 미침으로써, 플라스마가 타깃(31)의 주위에 집중되어 마그네트론 플라스마가 형성되고, 마그네트론 스퍼터에 의해 스퍼터 입자가 기판(W) 상에 퇴적된다.
상술한 바와 같이, 특허문헌 1과 같이 캐소드 마그네트의 요동만으로는, 캐소드 마그네트의 자기 회로에 기초하여, 깊고 급준한 에로전이 형성된다. 즉, 누설 자계는 캐소드 마그네트(35)의 단부에서 커지기 때문에, 누설 자계에 의한 에로전은 캐소드 마그네트(35)의 단부에서 심하게 된다. 따라서, 도 17에 도시하는 바와 같이, 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)의 길이 방향으로 요동시킨 것만으로는, 도 18과 같이 요동하는 캐소드 마그네트의 단부의 이동 궤적을 따른 부분에 에로전이 심한 급준한 에로전 영역(140)이 생긴다. 이때, 이 에로전 영역(140)이 2군데만이며, 에로전 영역(140)만 차례차례로 에로전되면, 타깃 라이프가 짧아져버린다. 또한, 국소적으로 급준한 에로전 영역이 생김으로써 타깃의 이용률도 낮아진다.
그래서 본 실시 형태에서는, 마그네트 구동부(136)는, 캐소드 마그네트(35)를, 타깃(31)의 긴 변 방향뿐만 아니라 짧은 변 방향으로도 이동 가능하게 하여, 타깃(31)의 이면에서 XY 평면 상을 자유롭게 이동할 수 있도록 하였다. 구체적으로는, 마그네트 구동부(136)의 요동 구동부(70)에 의해 캐소드 마그네트(35)를 긴 변 방향(X 방향)으로 요동시키고 또한 짧은 변 방향 이동부(110)에 의해 짧은 변 방향(Y 방향)으로 이동시킬 수 있도록 하였다.
이에 의해, 타깃(31)에 있어서 급준한 에로전이 형성되는 영역을 확장할 수 있어, 국소적으로 에로전이 진행되는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 타깃 라이프를 연장할 수 있어, 타깃(31)의 이용률도 높일 수 있다.
이때의 캐소드 마그네트(35)의 구체적인 주사 양태로서는, 예를 들어 도 19에 도시하는 바와 같이, 캐소드 마그네트(35)의 Y 방향 위치를 임의의 위치에 위치시킨 상태에서, 캐소드 마그네트(35)를 X 방향으로 요동시키는 양태를 들 수 있다. 이 경우에는, 도 20에 도시하는 바와 같이, 급준한 에로전 영역(140)이 평행하게 4군데 형성되어, 에로전 영역(140)을 확장할 수 있다.
또한, 도 21에 도시하는 바와 같이, 요동 구동부(70)와 짧은 변 방향 구동부(110)를 동시에 구동시켜서 캐소드 마그네트(35)를 XY 평면 내에서 임의의 궤적, 예를 들어 8자로 주사시키는 양태를 들 수 있다. 이 경우에는, 도 22에 도시하는 바와 같이, 급준한 에로전 영역(140)이 2군데씩 교차하도록 합계 4군데 형성되어, 마찬가지로 에로전 영역(140)을 확장할 수 있다.
<제3 실시 형태>
이어서, 제3 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 23은 제3 실시 형태에 따른 성막 장치의 마그네트 구동부를 상세하게 설명하기 위한 단면도이다.
제3 실시 형태에 따른 성막 장치는, 기본 구성은 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 따른 성막 장치와 거의 동일하지만, 마그네트 구동부의 구성이 다르다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 캐소드 마그네트(35)의 길이가, 타깃(31)의 짧은 변보다도 짧아, 캐소드 마그네트(35)가 타깃의 긴 변 방향뿐만 아니라, 짧은 변 방향으로도 이동 가능하게 되어 있다(도 15 참조).
본 실시 형태의 마그네트 구동부(236)는, 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)의 긴 변 방향 및 짧은 변 방향을 따라 평면적으로 이동 가능함과 함께, 타깃(31) 평면에 대하여 수직 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 23에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 마그네트 구동부(236)는, 요동 구동부(70), 수직 구동부(80) 및 짧은 변 방향 구동부(110)를 갖는다. 요동 구동부(70) 및 짧은 변 방향 구동부(110)의 구성은 제2 실시 형태와 마찬가지이다. 또한, 수직 구동부(80)의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
또한, 요동 구동부(70), 짧은 변 방향 구동부(110) 및 수직 방향 구동부(80)의 구동 기구는, 상기 볼 나사 기구에 제한되지 않는다. 요동 구동부(70), 짧은 변 방향 구동부(110) 및 수직 방향 구동부(80)가, 각각 캐소드 마그네트(35)를 X 방향 이동시키는 제1 이동부, Y 방향 이동시키는 제2 구동부, Z 방향 이동시키는 제3 구동부를 갖고 있으면 된다. 상기 볼 나사 기구의 경우에는, X 방향 볼 나사 기구부(71)가 제1 이동부를 구성하고, Y 방향 볼 나사 기구부(111)가 제2 이동부를 구성하고, Z 방향 볼 나사 기구부(81)가 제3 이동부를 구성한다.
본 실시 형태에서도, 제1 및 제2 실시 형태와 마찬가지로, 처리 용기(10) 내를 미리 정해진 압력으로 제어하고, 셔터(50)에 의해 사용하지 않는 타깃(31)을 차폐하고, 사용하는 타깃(31)에 개구부(51)를 대응시킨 상태에서 성막 처리를 개시한다. 성막 처리에서는, 처리 용기(10) 내에 불활성 가스, 예를 들어 Ar 가스를 도입하고, 이어서 전원(33)으로부터 타깃 전극(32)을 통해서 타깃(31)에 전압을 인가하여 Ar 가스를 여기시킨다. 이때 캐소드 마그네트(35)의 누설 자장이 타깃의 주위에 미침으로써, 플라스마가 타깃(31)의 주위에 집중되어 마그네트론 플라스마가 형성되고, 마그네트론 스퍼터에 의해 스퍼터 입자가 기판(W) 상에 퇴적된다.
본 실시 형태에서는, 마그네트 구동부(236)는, 캐소드 마그네트(35)를 타깃(31)의 긴 변 방향 및 짧은 변 방향으로 이동 가능하게 함과 함께, 타깃(31) 평면에 대하여 수직 방향으로도 이동 가능하게 하였다. 즉, 마그네트 구동부(236)의 요동 구동부(70)에 의해 캐소드 마그네트(35)를 긴 변 방향(X 방향)으로 요동시키고, 짧은 변 방향 이동부(110)에 의해 짧은 변 방향(Y 방향)으로 이동시키고 또한 수직 방향 이동부(80)에 의해 수직 방향(Z 방향)으로 이동시킬 수 있도록 하였다.
이와 같이, 캐소드 마그네트(35)가 X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능한 것에 더하여, 수직 방향인 Z 방향으로도 이동 가능함으로써, 타깃(31)에 있어서 에로전이 형성되는 영역을 확장하고 또한 에로전 폭을 확장할 수 있다. 즉, 캐소드 마그네트(35)가, XY 평면에서 이동함으로써 타깃(31)에 있어서 누설 자장이 강한 에로전 영역이 확장되고 또한 Z 방향으로 이동함으로써 누설 자장 강도를 약화시켜서 에로전의 깊이를 얕게 또한 에로전 폭 자체를 넓게 할 수 있다. 이 때문에, 타깃 라이프를 연장하는 효과, 및 타깃(31)의 이용률을 높이는 효과를 제2 실시 형태에 비해 더욱 높일 수 있다.
예를 들어, 도 24에 도시하는 바와 같이, 도 19와 마찬가지로, 캐소드 마그네트(35)의 Y 방향 위치를 임의의 위치에 위치시킨 상태에서 캐소드 마그네트(35)를 X 방향으로 요동시키는 것에 더하여, 캐소드 마그네트(35)의 Z 방향 위치를 조정하는 양태를 들 수 있다. 이 경우에는, 도 25에 도시하는 바와 같이, 에로전 영역(140)이 평행하게 4군데 형성되어, 에로전 영역(140)을 확장할 수 있고, 게다가 에로전 영역(140)을 얕고 또한 그 폭을 넓게 할 수 있다. 물론, 도 21과 마찬가지로, 캐소드 마그네트(35)를 XY 평면 내에서 임의의 궤적, 예를 들어 8자로 주사시키는 것에 더하여, 캐소드 마그네트(35)의 Z 방향 위치를 조정해도 된다. 그 경우도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<다른 적용>
이상, 실시 형태에 대해서 설명했지만, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 특허 청구 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들어, 성막 장치의 전체 구성은, 실시 형태에 기재한 것에 한정하는 것은 아니고, 타깃의 위치나 각도, 크기는 임의이며, 하나의 타깃에 배치하는 마그네트의 수도 임의이다. 또한, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 요소를 적절히 조합하여 실시해도 된다.
1: 성막 장치 10: 처리 용기
10a: 용기 본체 10b: 덮개
20: 기판 보유 지지부 30: 캐소드 유닛
31: 타깃 32: 타깃 전극
33: 전원 35: 캐소드 마그네트
36, 136, 236: 마그네트 구동부 40: 가스 공급부
50: 셔터 60: 제어부
70: 요동 구동부 80: 수직 구동부
91: 마그네트 데이터 기억부 92: 마그네트 구동 컨트롤러
93: 센서 110: 짧은 변 방향 구동부
W: 기판

Claims (25)

  1. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,
    상기 기판 보유 지지부의 상방에 배치된 캐소드 유닛과,
    상기 처리 용기 내에 플라스마 생성 가스를 도입하는 가스 도입 기구
    를 구비하고,
    상기 캐소드 유닛은,
    상기 기판에 스퍼터 입자를 방출하기 위한 타깃과,
    상기 타깃에 전력을 공급하는 전원과,
    상기 타깃의 이면측에 마련되어, 상기 타깃에 누설 자장을 부여하는 마그네트와,
    상기 마그네트를 구동하는 마그네트 구동부
    를 구비하고,
    상기 마그네트 구동부는,
    상기 마그네트를 상기 타깃을 따라 요동시키는 요동 구동부와,
    상기 마그네트를, 상기 요동 구동부에 의한 구동과는 독립적으로, 상기 타깃의 주면에 대하여 수직인 방향으로 구동시키는 수직 구동부
    를 갖고,
    상기 타깃 근방에 마그네트론 플라스마를 형성해서 마그네트론 스퍼터에 의해 상기 기판 상에 상기 스퍼터 입자를 퇴적시키는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 타깃은 직사각 형상을 이루는, 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 요동 구동부는, 상기 타깃의 길이 방향을 따라 상기 마그네트를 요동시키는, 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 요동 구동부는, 상기 마그네트의 요동 방향으로 연장되어, 상기 마그네트를 상기 요동 방향으로 이동시키는 제1 이동부를 갖고, 상기 수직 구동부는, 상기 제1 이동부를 상기 타깃의 주면에 수직인 방향으로 이동시키는 제2 이동부를 갖는, 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 요동 구동부는, 상기 요동 방향으로 연장되는 제1 볼 나사를 갖는 상기 제1 이동부로서의 제1 볼 나사 기구부와, 상기 제1 볼 나사에 나사 결합되어, 상기 요동 방향으로 이동하는 제1 이동 부재와, 상기 제1 볼 나사를 회전시키는 제1 모터와, 상기 제1 이동 부재를 상기 요동 방향으로 가이드하는 제1 가이드를 갖고,
    상기 수직 구동부는, 상기 타깃의 주면에 수직인 방향으로 연장되는 제2 볼 나사를 갖는 상기 제2 이동부로서의 제2 볼 나사 기구부와, 상기 제2 볼 나사에 나사 결합되어, 상기 타깃의 주면에 수직인 방향으로 이동하는 제2 이동 부재와, 상기 제2 볼 나사를 회전시키는 제2 모터와, 상기 제2 이동 부재를 상기 타깃의 주면에 수직인 방향으로 가이드하는 제2 가이드를 갖고,
    상기 제1 볼 나사 기구부는, 상기 제2 이동 부재에 지지되고, 상기 마그네트는, 상기 제1 이동 부재에 지지되는, 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마그네트 구동부를 제어하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 마그네트를 요동하고 있을 때, 상기 마그네트로부터 상기 타깃에 미치는 누설 자장 강도가 적절해지도록 상기 마그네트 구동부의 상기 수직 구동부에 의한 상기 마그네트의 구동을 제어하는, 성막 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 타깃의 에로전이 큰 부분에서는, 상기 마그네트를 상기 타깃으로부터 멀리 떨어지게 하고, 에로전이 작은 부분에서는 상기 마그네트를 상기 타깃에 접근시키도록 상기 마그네트 구동부의 상기 수직 구동부에 의한 상기 마그네트의 구동을 제어하는, 성막 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어부는, 마그네트 데이터 기억부와, 마그네트 구동 컨트롤러를 갖고, 상기 마그네트 데이터 기억부에는, 타깃의 에로전에 기초하는 타깃 형상에 따른 상기 마그네트의 누설 자장 강도가 기억되고, 상기 마그네트 데이터 기억부에 기억된 데이터에 기초하여, 상기 마그네트 구동 컨트롤러가 상기 마그네트 구동부의 상기 수직 구동부에 의한 상기 마그네트의 구동을 제어하는, 성막 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제어부는, 방전 파라미터를 검출하는 센서와, 마그네트 구동 컨트롤러를 갖고, 상기 센서에 의해 상기 방전 파라미터를 감시하여, 상기 방전 파라미터가 일정하게 유지되도록, 상기 마그네트 구동 컨트롤러가 상기 마그네트 구동부의 상기 수직 구동부에 의한 상기 마그네트의 구동을 제어하는, 성막 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 마그네트 구동부를 제어하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 마그네트론 플라스마 착화 시에 있어서의, 상기 마그네트의 상기 타깃을 따른 방향의 위치가, 상기 타깃의 중앙부로 되도록, 상기 마그네트 구동부의 상기 요동 구동부를 제어하는, 성막 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 마그네트론 플라스마 착화 후에 상기 마그네트가 상기 타깃을 따라 이동하는 방향이, 하나의 기판에 대해서는 제1 방향, 다음 기판에서는 상기 제1 방향과는 반대인 제2 방향, 또는 하나의 로트 기판에 대해서는 제1 방향, 다음 로트의 기판에 대해서는 제2 방향으로, 기판마다 또는 로트마다 교대로 바뀌도록 상기 마그네트 구동부의 상기 요동 구동부를 제어하는, 성막 장치.
  12. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,
    상기 기판 보유 지지부의 상방에 배치된 캐소드 유닛과,
    상기 처리 용기 내에 플라스마 생성 가스를 도입하는 가스 도입 기구
    를 구비하고,
    상기 캐소드 유닛은,
    상기 기판에 스퍼터 입자를 방출하기 위한 타깃과,
    상기 타깃에 전력을 공급하는 전원과,
    상기 타깃의 이면측에 마련되어, 상기 타깃에 누설 자장을 부여하는 마그네트와,
    상기 마그네트를 구동하는 마그네트 구동부
    를 구비하고,
    상기 마그네트 구동부는, 상기 마그네트를, 상기 타깃의 긴 변 방향 및 짧은 변 방향을 따라 이동 가능하게 구성되어 있고,
    상기 타깃 근방에 마그네트론 플라스마를 형성해서 마그네트론 스퍼터에 의해 상기 기판 상에 상기 스퍼터 입자를 퇴적시키는, 성막 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 마그네트 구동부는,
    상기 마그네트를 상기 타깃의 긴 변 방향을 따라 요동시키는 요동 구동부와,
    상기 마그네트를 상기 타깃의 짧은 변 방향을 따라 이동시키는 짧은 변 방향 구동부를 갖는, 성막 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 요동 구동부는, 상기 마그네트의 요동 방향으로 연장되어, 상기 마그네트를 상기 요동 방향으로 이동시키는 제1 이동부를 갖고, 상기 짧은 변 방향 구동부는, 상기 마그네트를 상기 짧은 변 방향으로 이동시키는 제2 이동부를 갖는, 성막 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 요동 구동부는, 상기 요동 방향으로 연장되는 제1 볼 나사를 갖는 상기 제1 이동부로서의 제1 볼 나사 기구부와, 상기 제1 볼 나사에 나사 결합되어, 상기 요동 방향으로 이동하는 제1 이동 부재와, 상기 제1 볼 나사를 회전시키는 제1 모터와, 상기 제1 이동 부재를 상기 요동 방향으로 가이드하는 제1 가이드를 갖고,
    상기 짧은 변 방향 구동부는, 상기 짧은 변 방향으로 연장되는 제2 볼 나사를 갖는 상기 제2 이동부로서의 제2 볼 나사 기구부와, 상기 제2 볼 나사에 나사 결합되어, 상기 짧은 변 방향으로 이동하는 제2 이동 부재와, 상기 제2 볼 나사를 회전시키는 제2 모터와, 상기 제1 이동 부재를 상기 짧은 변 방향으로 가이드하는 제2 가이드를 갖고,
    상기 제2 볼 나사 기구부는, 상기 제1 이동 부재에 지지되고, 상기 마그네트는, 상기 제2 이동 부재에 지지되는, 성막 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 마그네트 구동부는, 상기 마그네트를, 상기 타깃의 주면에 대하여 수직인 방향으로 구동시키는 수직 구동부를 더 갖는, 성막 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 요동 구동부는, 상기 마그네트의 요동 방향으로 연장되어, 상기 마그네트를 상기 요동 방향으로 이동시키는 제1 이동부를 갖고, 상기 짧은 변 방향 구동부는, 상기 마그네트를 상기 짧은 변 방향으로 이동시키는 제2 이동부를 갖고, 상기 수직 구동부는, 상기 제1 이동부를 상기 타깃의 주면에 수직인 방향으로 이동시키는 제3 이동부를 갖는, 성막 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 요동 구동부는, 상기 요동 방향으로 연장되는 제1 볼 나사를 갖는 상기 제1 이동부로서의 제1 볼 나사 기구부와, 상기 제1 볼 나사에 나사 결합되어, 상기 요동 방향으로 이동하는 제1 이동 부재와, 상기 제1 볼 나사를 회전시키는 제1 모터와, 상기 제1 이동 부재를 상기 요동 방향으로 가이드하는 제1 가이드를 갖고,
    상기 짧은 변 방향 구동부는, 상기 짧은 변 방향으로 연장되는 제2 볼 나사를 갖는 상기 제2 이동부로서의 제2 볼 나사 기구부와, 상기 제2 볼 나사에 나사 결합되어, 상기 짧은 변 방향으로 이동하는 제2 이동 부재와, 상기 제2 볼 나사를 회전시키는 제2 모터와, 상기 제1 이동 부재를 상기 짧은 변 방향으로 가이드하는 제2 가이드를 갖고,
    상기 수직 구동부는, 상기 타깃의 주면에 수직인 방향으로 연장되는 제3 볼 나사를 갖는 상기 제3 이동부로서의 제3 볼 나사 기구부와, 상기 제3 볼 나사에 나사 결합되어, 상기 타깃의 주면에 수직인 방향으로 이동하는 제3 이동 부재와, 상기 제3 볼 나사를 회전시키는 제3 모터와, 상기 제3 이동 부재를 상기 타깃의 주면에 수직인 방향으로 가이드하는 제3 가이드를 갖고,
    상기 제2 볼 나사 기구부는, 상기 제1 이동 부재에 지지되고, 상기 제1 볼 나사 기구는, 상기 제3 이동 부재에 지지되고, 상기 마그네트는, 상기 제2 이동 부재에 지지되는, 성막 장치.
  19. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와,
    상기 기판 보유 지지부의 상방에 배치된 캐소드 유닛과,
    상기 처리 용기 내에 플라스마 생성 가스를 도입하는 가스 도입 기구
    를 구비하고,
    상기 캐소드 유닛은,
    상기 기판에 스퍼터 입자를 방출하기 위한 타깃과,
    상기 타깃에 전력을 공급하는 전원과,
    상기 타깃의 이면측에 마련되어, 상기 타깃에 누설 자장을 부여하는 마그네트와,
    상기 마그네트를 구동하는 마그네트 구동부
    를 구비하고,
    상기 마그네트 구동부는,
    상기 마그네트를 상기 타깃을 따라 요동시키는 요동 구동부와,
    상기 마그네트를, 상기 요동 구동부에 의한 구동과는 독립적으로, 상기 타깃의 주면에 대하여 수직인 방향으로 구동시키는 수직 구동부
    를 갖는 성막 장치를 준비하는 것과,
    상기 처리 용기 내에 상기 플라스마 생성 가스를 도입하면서, 상기 타깃에 전력을 공급하여, 상기 타깃 근방에 마그네트론 플라스마를 형성해서 마그네트론 스퍼터에 의해 상기 기판 상에 상기 스퍼터 입자를 퇴적시키는 것과,
    상기 스퍼터 입자를 퇴적시키고 있는 동안에, 상기 마그네트 구동부의 상기 요동 구동부에 의해 상기 마그네트를 요동시키는 것과,
    상기 마그네트를 요동하고 있을 때, 상기 마그네트로부터 상기 타깃에 미치는 누설 자장 강도가 적절해지도록, 상기 마그네트 구동부의 상기 수직 구동부에 의해 상기 마그네트를 구동시키는 것
    을 갖는 성막 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 타깃의 에로전이 큰 부분에서는, 상기 마그네트를 상기 타깃으로부터 멀리 떨어지게 하고, 에로전이 작은 부분에서는 상기 마그네트를 상기 타깃에 접근시키도록, 상기 마그네트 구동부의 상기 수직 구동부에 의해 상기 마그네트를 구동시키는, 성막 방법.
  21. 제19항에 있어서, 미리 기억된, 타깃의 에로전에 기초하는 타깃 형상에 따른 상기 마그네트의 누설 자장 강도의 데이터에 기초하여, 상기 마그네트 구동부의 상기 수직 구동부에 의해 상기 마그네트를 구동시키는, 성막 방법.
  22. 제19항에 있어서, 방전 파라미터를 감시하여, 상기 방전 파라미터가 일정하게 유지되도록, 상기 마그네트 구동부의 상기 수직 구동부에 의한 상기 마그네트의 구동을 제어하는, 성막 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 마그네트론 플라스마 착화 시에 있어서의, 상기 마그네트의 상기 타깃을 따른 방향의 위치가, 상기 타깃의 중앙부로 되도록, 상기 마그네트 구동부의 상기 요동 구동부를 제어하는 것을 더 갖는, 성막 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 마그네트론 플라스마 착화 후에 상기 마그네트가 상기 타깃을 따라 이동하는 방향이, 하나의 기판에 대해서는 제1 방향, 다음 기판에서는 상기 제1 방향과는 반대인 제2 방향, 또는 하나의 로트 기판에 대해서는 제1 방향, 다음 로트의 기판에 대해서는 제2 방향으로, 기판마다 또는 로트마다 교대로 바뀌도록 상기 마그네트 구동부의 상기 요동 구동부를 제어하는 것을 더 갖는, 성막 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 타깃을 이동시키는 것은, 상기 타깃의 긴 변 방향 및 짧은 변 방향을 따라 이동시키는 것에 더하여, 상기 타깃의 주면에 대하여 수직인 방향으로 이동시키는, 성막 방법.
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